طراحی و شبیه‌سازی لنزهای بلور فوتونی در ساختارهای نانومتری مختلف

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، استان سیستان و بلوچستان

چکیده

با توجه به نیاز مدارات مجتمع نوری به ساختارهایی که نور را در مسیرهای مورد لزوم هدایت و در مکان‌های مناسب متمرکز نمایند، استفاده از ویژگی‌های بلورهای فوتونی برای حصول لنزهای بلور فوتونی، مطرح می‌گردد. این لنزها دارای قابلیت بالای تمرکز مدها در نقطه کانونی نانومقیاس، با اتلاف کم و قدرت تمرکز زیاد هستند. در این مقاله، با طراحی لنزهای بلور فوتونی با زدایش شیمیایی حفره‌های هوا در آرایش شش‌ضلعی در بستر دی‌الکتریک SiO2 و با تاباندن امواج نوری تخت به این ساختارهای نانومتری مختلف با چینش و گام‌های متفاوت و برهم‌کنش نور با ساختار، در نتیجه نور در نقاط مطلوبی متمرکز و کانونی می‌گردد. نتایج حاصله از شبیه‌سازی، شامل دامنه میدان الکتریکی، شدت، توان و پهنای تمرکز با استفاده از برش مقطعی مدی در طول موج پنجره اول مخابراتی nm 850، بررسی شدند. نتایج شبیه‌سازی نشان دادند که این پارامترها را می‌توان در یک مقدار گام مشخص و بهینه، nm 385، برای مقاصد کنترل و تمرکز لنزی مطلوبی در ابعاد کوچک نانومقیاس، به میزان کسری از طول موج، µm 49/0~، به‌کار برد. همچنین، نتیجه کمیت حساسیت بدست آمده برای استفاده از ساختار به عنوان حس‌گر نوری، به میزان nm/RIU 645 است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Simulation ofPhotonic CrystalLensesin Various Nano-Structures

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Tahmasbi
  • Ahmadreza Daraei
Department of Physics, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
چکیده [English]

Owing to the requirements of integrated circuits to the structures that guide light in the requisite directions and focus on appropriate sites, benefiting photonic crystal properties to achieve photonic crystal lenses is proposed. These lenses have the high capability of focus for modes at the nano-scale focal point, with low loss. In this paper, photonic crystal lenses are designed through etching air-holes in a hexagonal arrangement in SiO2 dielectric substrate. By applying plane waves to these different nanometer structures with a variety of arrangements and pitches and interaction of light with structure, thereby light is focused at desired points. The results of the simulations, including electric field amplitude, intensity, power, and focusing width were investigated using field profiles at the wavelength of the first telecommunication window 850 nm. The simulation results indicated that these parameters can be applied at a specified and optimal pitch value, 385 nm, for optimum control and concentration in lensing at small nano-scale dimensions within a fraction of wavelength, ~0.49 µm. Also, the result of the Sensitivity for applying the structure as an optical sensor is 645 nm/RIU.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photonic Crystal Lenses
  • Graded Refractive Index
  • Bandgap
  • Bragg Arrays
  • Tapered Air-Holes

مراجع

[1] H. Benisty, V. Berger, J. M. Gerard, D.
Maystre, A. Tchelnokov, “Photonic crystals:
Towards nanoscale photonic devices,” Springer,
2nd Ed., 2008.
[2] C.M. Soukoulis, “Photonic crystals and light
localization in the 21st century,” (Vol. 563),
Springer Science & Business Media, 2012.
[3] E. Yablonovitch, “Photonic band-gap
structures,” J. Opt. Soc. Am. B, 10(2), 283-295,
1993.
[4] A. Zangwill, “Modern Electrodynamics,”
Cambridge University Press, 2012.
[5] H. Wang, Y. M. He, T. H. Chung, H. Hu, Y.
Yu, S. Chen, X. Ding, M.C. Chen, J. Qin, X. Yang,
R. Z. Liu, “Towards optimal single-photon sources
from polarized microcavities,” Nature Photonics,
1-6, 2019.
[6] Halevi, P., Krokhin, A.A. and Arriaga, J.,
“Photonic crystals as optical components,” Appl.
Phys. Lett., 75(18), 2725-2727, 1999.
[7] A. Daraei, M. E. Daraei, “Compact nanocavity
with elliptical slot inside photonic wire bandgap
materials including sidewalls gratings for
biosensing,” Appl. Phys. A, 122(7), 662, 2016.
[8] C. Tan, T. Niemi, C. Peng, M. Pessa, “Focusing
effect of a graded index photonic crystal lens,”
Opt. Commun., 284(12), 3140-3143, 2011.
[9] H. T. Chien, C. C. Chen, “Focusing of
electromagnetic waves by periodic arrays of air
holes with gradually varying radii,” Opt. Express,
14(22), 10759-10764, 2006.
[10] F. Gaufillet, É. Akmansoy, “Design of flat
graded index lenses using dielectric Graded
Photonic Crystals,” Opt. Mater., 47, 555-560,
2015.
[11] Y. Qi, X. Sun, S. Wang, W. Li, Z. Wang,
“Design of an Electrically Tunable Micro-Lens
Based on Graded Photonic Crystal,” Crystals, 8(7),
303, 2018.
53 زمستان ۱۳۹8 |شماره چهارم | سال ششم
[12] M. Turduev, E. Bor, H. Kurt, “Photonic
crystal based polarization insensitive flat lens,” J.
of Phys. D: Appl. Phys., 50(27), 275105, 2017.
[13] W. Zhang, W. Tan, Q. Yang, T. Zhou, J. Liu,
“Subwavelength focusing in visible light band by a
Fibonacci photonic quasi-crystal plano-concave
lens,” J. Opt. Soc. Am. B, 35(10), 2364-2367,
2018.
[14] M. I. Kotlyar, Y. R. Triandaphilov, A.A.
Kovalev, V. A. Soifer, M. V. Kotlyar, L. O'Faolain,
“Photonic crystal lens for coupling two
waveguides,” Appl. Optics, 48(19), 3722-3730,
2009.
[15] M. Turduev, I. H. Giden, H. Kurt, “Design of
flat lens-like graded index medium by photonic
crystals: Exploring both low and high frequency
regimes,” Opt. Commun., 339, 22-33, 2015 , 2011.
[16] S. Gao, Y. Dou, Q. Li, X. Jiang, “Tunable
photonic crystal lens with high sensitivity of
refractive index,” Opt. Express, 25(6), 7112-7120,
2017.
[17] P. Xu, J. Zheng, J. Zhou, Y. Chen, C. Zou, A.
Majumdar, “Multi-slot photonic crystal cavities for
high-sensitivity refractive index sensing,” Opt.
Express, 27(3), 3609-3616, 2019.
نانومقیاس
دوره 6، شماره 4
دی 1398
صفحه 47-53

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 آبان 1399
  • تاریخ پذیرش: 05 آبان 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار